Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von einem kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder nach der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.
[0002] Aus der EP 0 260 344 B1 ist ein solcher kolbenstangenloser Druckmittelzylinder bekannt,
bei dem zum Halten des inneren Dichtbandes im Längsschlitz bei fehlendem Innendruck
eine Haltevorrichtung vorgesehen ist, bei der innerhalb des Längsschlitzes ein profilierter
Mittelsteg eines äußeren Dichtbandes zwischen zwei eine Längsnut bildende Flansche
des inneren Dichtbandes einrastet. Bei einer solchen Haltevorrichtung müssen äußeres
Dichtband, inneres Dichtband und Schlitz aufeinander abgestimmt werden, wobei diese
aufwendige Haltevorrichtung relativ viel Bauraum und einen relativ breiten Schlitz
erfordert. Die Größe des Zylinders kann somit schlecht verringert werden. Auch kann
das äußere Dichtband in seiner Lage nach der Breite hin leicht verrutschen und damit
eine sichere Halterung und Abdichtung mit Hilfe des inneren Dichtbandes gefährden.
Dabei kann es vorkommen, daß eine brauchbare Abdichtung durch eine Art Venturieffekt
entsteht, indem erst beim Beaufschlagen des Innenraums mit Druck eine sichere Abdichtung
erzielt wird, was aber mit einer unerwünschten Leckage verbunden ist und die Leistungsfähigkeit
des Druckmittelzylinders beeinträchtigt. Vor allem ist für die Halterung des inneren
Dichtbandes in drucklosem Zustand ein äußeres Abdeckband erforderlich, was den Bauaufwand
erhöht.
[0003] Ferner ist aus der DE 3 807 786 A1 ein kolbenstangenloser Druckmittelzylinder bekannt,
bei dem an einem Dichtungsband paarweise schräg nach außen abstehende, nasenförmige
Halterippen angeordnet sind, die in zugehörige, paarweise angeordnete Haltenuten im
Zylinderrohr greifen. Damit läßt sich eine formschlüssige Verbindung herstellen, um
das Dichtband immer am Zylinderrohr zu halten, wenn der Innenraum drucklos ist. Das
innere Dichtband hat dabei einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und liegt
in einer entsprechend großen Ausnehmung, die im Zylinderrohr an den Längsschlitz nach
innen zu anschließt und nach innen hin offen ist. Die zwischen den Halterippen verlaufende,
nach außen gewandte Oberseite des Dichtbandes dient als Auflagefläche, die an gehäusefesten,
von Schultern der Ausnehmung gebildeten Stützflächen anliegt. Zum Innenraum des Zylinders
hin weist das Dichtband paarweise Dichtlippen auf, die jedoch relativ klein bauen
und somit nur schmale Dichtstreifen bedecken. Durch die bereits im drucklosen Zustand
anliegende Auflagefläche des Dichtbandes ergibt sich eine relativ reibungs- und verschleißbehaftete
Arbeitsweise des Dichtbandes. Auch baut das Dichtband durch seinen rechteckigen Querschnitt
relativ groß und benötigt viel Dichtmaterial. Zudem eignet sich dieses Dichtband schlecht
für Zylinder mit kreisförmigem Querschnitt. Auch kann bei Druckbelastung die Gefahr
von Leckage auftreten, wenn sich das den Längsschlitz überdeckende Dichtband unter
dem Innendruck kreisbogenförmig durchbiegt und dabei die Dichtlippen von ihren Dichtflächen
abheben, so daß Druckluft dort eindringen und zwischen Dichtband und Zylinderinnenwand
im Bereich der Ausnehmung zum Längsschlitz lecken kann.
Vorteile der Erfindung
[0004] Der erfindungsgemäße kolbenstangenlose Druckmittelzylinder mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei ihm in drucklosem
bzw. druckarmem Zustand eine sichere und stabile Halterung des inneren Dichtbandes
an der Zylinderinnenwand und somit eine gute Dichtheit erreicht wird. Für die Halterung
des inneren Dichtbandes ist kein äußeres Abdeckband erforderlich. Der Druckmittelzylinder
ermöglicht bei möglichst geringem Aufwand eine kompakte und stabile Bauweise. Der
Kolben des Druckmittelzylinders ist wirksam betätigbar bei möglichst geringer Leckage,
wobei zudem ein Auftreten des unerwünschten Venturieffektes vermieden wird. Im druckbeaufschlagten
Zustand kann sich die Innenseite des Dichtbandes einer Kreisform annähern und damit
eine verschleiß- und reibungsarme Arbeitsweise des Zylinders unterstützen. Ferner
baut der Druckmittelzylinder kostengünstig und ermöglicht einen dauerhaften Betrieb.
[0005] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen
und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen kolbenstangenlosen Druckmittelzylinders
möglich. Sie begünstigen vor allem eine sichere Halterung des inneren Dichtbandes
im drucklosen Zustand bei möglichst geringer Leckage und einem stabilen lang andauernden
Betrieb.
Zeichnung
[0006] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder
in stark vereinfachter Darstellung,
- Figur 2
- das Zylinderrohr des Druckmittelzylinders nach Figur 1 im Querschnitt längs der Linie
II-II in Figur 1 im Ausschnitt und in einem vergrößerten Maßstab bei einem drucklosen
Zylinder und
- Figur 3
- die gleiche Ausführungsform wie nach Figur 2, jedoch bei druckbeaufschlagtem Zylinder.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0007] Die Figur 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung einen kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder
10, der abhängig vom Einsatzgebiet als Pneumatik- oder als Niederdruck-Hydraulikzylinder
verwendet werden kann. Der Druckmittelzylinder 10 weist ein in der Regel aus Aluminium
bestehendes Zylinderrohr 11 auf, das an seinen beiden stirnseitigen Enden durch zwei
aufgesetzte Endflansche 12 abgedichtet verschlossen ist und in dessen zylindrischen
Innenraum 13 ein zylindrischer Kolben 14 längsverschieblich geführt ist. Wie aus der
Figur 1 in Verbindung mit Figur 2 näher hervorgeht, ist das Zylinderrohr 11 mit einem
über seine Länge durchgehenden Längsschlitz 15 ausgebildet, durch den ein mit dem
Kolben 14 starr verbundenes stegartiges Kraftübertragungselement 16 nach außen ragt,
das zum Anschluß an ein nicht weiter dargestelltes, von ihm angetriebenes Maschinenelement
eingerichtet ist. In Längsrichtung des Zylinderrohrs 11 ist der Längsschlitz 15 beidseitig
des Kraftübertragungselementes 16 durch ein in dem Innenraum 13 des Zylinderrohrs
11 angeordnetes, biegsames Dichtband 17 abgedichtet, das an seinen beiden Enden in
den Endflanschen 12 verankert ist. Das Dichtband 17 ist durch eine entsprechende Öffnung
18 im Kolbenbereich unter dem Kraftübertragungselement 16 hindurchgeführt und beidseitig
des Kolbens 14 mit Hilfe einer Halteeinrichtung 19 in einer den Innenraum 13 abdichtenden
Weise in dem Längsschlitz 15 gehalten.
[0008] Die Figur 2 zeigt nun einen Querschnitt nach II-II in Figur 1, wobei der Bereich
des Zylinderrohrs 11 mit dem Schlitz 15 und dem Dichtband 17 in stark vergrößertem
Maße dargestellt ist. Dabei ist ein druckloser Zustand des Druckmittelzylinders 10
dargestellt, wenn also der Innenraum 13 nicht mit Druckmittel beaufschlagt ist bzw.
nur einen vergleichsweise geringen Restdruck aufweist. Wie der vergrößerte Querschnitt
nach Figur 2 zeigt, wird der Längsschlitz 15 durch ein Paar gegenüberliegender Seitenflächen
21 gebildet. Der Bereich des Längsschlitzes 15 im Zylinderrohr 11 mit dem zugehörigen
Dichtband 17 ist symmetrisch zu einer Ebene 22 ausgebildet. In dem unteren Bereich
des Längsschlitzes 15, also zum Innenraum 13 des Druckmittelzylinders 10 hin, sind
in den Seitenflächen 21 paarweise Haltenuten 23 ausgebildet, die Teile der Halteeinrichtung
19 darstellen. Diese Haltenuten 23, die über die ganze Länge des Längsschlitzes 15
sich erstrecken, sind schräg nach oben weisend in die Seitenflächen 21 eingearbeitet,
so daß ihre schrägen, unteren Begrenzungsflächen 24 miteinander einen stumpfen Winkel
einschließen. Vom Innenraum 13 des Druckmittelzylinders 10 her ist der Längsschlitz
15 durch eine Ausnehmung 25 aufgeweitet, so daß im Zylinderrohr 11 im Abstand von
den Haltenuten 23 treppenförmige Stütznuten 26 ausgebildet sind, die ebenfalls paarweise
im Zylinderrohr 11 liegen. Durch diese Stütznuten 26 sind paarweise in derselben horizontalen
Ebene Stützflächen 27 ausgebildet, welche die Seitenflächen 21 im wesentlichen senkrecht
schneiden. Ferner sind diese Stütznuten 26 durch senkrecht zu den Stützflächen 27
verlaufende Führungsflächen 28 gekennzeichnet, die sich mit ebenen Dichtflächen 29
an der Innenwand des Zylinderrohrs 11 schneiden, wobei diese ebenen Dichtflächen 29
schließlich in die kreisförmige Innenwand 31 des Zylinderrohrs 11 übergehen.
[0009] Das biegsame Dichtband 17 besteht in der Regel aus einem elastischen Kunststoffmaterial
oder einem Kautschukmaterial und hat im wesentlichen den Querschnitt eines gleichschenkligen
Trapezes, dessen kurze Oberseite über zwei gleich lange Schrägseiten mit der längeren
Unterseite verbunden sind. Am Dichtband 17 sind im Bereich der Oberseite nasenartig
auskragende Halterippen 32 paarweise angeordnet, die in etwa senkrecht zu den gedachten
Schrägseiten stehen. Wie die Figur 2 näher zeigt, greifen diese Halterippen 32 in
die Haltenuten 23 und bilden auf diese Weise die Halteeinrichtung 19 für das Dichtband
17. Die paarweise angeordneten Halterippen 32 liegen dabei an den schrägen Begrenzungsflächen
24 an und sind im Querschnitt wesentlich kleiner ausgebildet als die Haltenuten 23.
Die Halteeinrichtung 19 sorgt bei dem in Figur 2 dargestellten drucklosen Zustand
einerseits für eine sichere formschlüssige Halterung des Druckbandes 17 im Zylinderrohr
11, andererseits muß sie beim Arbeiten des Druckmittelzylinders leicht lösbar sein.
[0010] Am Dichtband 17 sind ferner im Bereich der gedachten Schrägflächen unterhalb der
Halterippen 32, also mehr zum Innenraum 13 hin, paarweise Stützwulste 33 ausgebildet,
welche im wesentlichen die Ausnehmung 25 ausfüllen. Durch diese Stützwulste 33 sind
am Dichtband 17 paarweise Auflageflächen 34 ausgebildet, welche den Stützflächen 27
im Zylinderrohr 11 gegenüberliegen. Wie die Figur 2 näher zeigt, verlaufen die Auflageflächen
34 und die Stützflächen 27 paarweise parallel zueinander und im Abstand voneinander.
Am Dichtband 17 werden die Auflageflächen 34 der beiden Stützwulste 33 von senkrecht
dazu verlaufenden Seitenwänden 35 begrenzt, welche jeweils über eine Gelenkstelle
36 in die paarweise angeordneten Dichtlippen 37 übergehen. Die beiden Dichtlippen
37 liegen nun ihrerseits dichtend an den Dichtflächen 29 im Zylinderrohr 11 an. Die
beiden Dichtlippen 37 begrenzen somit eine ebene Unterseite 38 des Dichtbandes 17,
durch welche der Innenraum 13 im Zylinderrohr 11 gegenüber dem Längsschlitz 15 dicht
abgesperrt ist. Diese Unterseite 38 ist in ihrer Breite etwa doppelt so groß wie die
Breite der Oberseite 39 mit welcher das Dichtband 17 dem Schlitz 15 zugewandt ist.
Bei dem in Figur 2 dargestellten drucklosen Zustand verlaufen die Oberseite 39 und
die Unterseite 38 im wesentlichen parallel zueinander und bilden im wesentlichen ebene
Flächen.
[0011] Zentral im Inneren des Dichtbandes 17 ist ein zur Versteifung des Dichtbandes dienender,
biegsamer Draht 41 eingelagert, der sich über die gesamte Länge des Dichtbandes 17
erstreckt und für eine Kompensation der Längenausdehnungen unter den verschiedenen
Betriebsbedingungen sorgt.
[0012] Die Wirkungsweise des kolbenstangenlosen Druckmittelzylinders 10 wird nur insoweit
erläutert, als dies zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die grundsätzliche
Arbeitsweise des doppelt wirkenden Druckmittelzylinders 10 bei einer abwechselnden
Druckbeaufschlagung des Kolbens 14 und der dabei auftretenden Dichtfunktion durch
das in den Längsschlitz 15 hinein und herausbewegte Dichtband 17 wird dabei als an
sich bekannt vorausgesetzt. Bei dem in Figur 2 dargestellten drucklosen Zustand des
Zylinders 10 wird das Dichtband 17 im Bereich der Innenräume 13 durch die Halteeinrichtung
19 formschlüssig im Längsschlitz 15 gehalten. Dabei greifen die Halterippen 32 in
die zugeordneten Haltenuten 23 und stellen dabei einen Formschluß her, so daß die
spitz auslaufenden Enden im Bereich der Dichtlippen 37 sich dichtend an die Dichtflächen
29 im Zylinderrohr 11 anlegen. Die Halterippen 32 übernehmen dabei keinerlei Dichtfunktion.
Vielmehr ist die Halteeinrichtung 19 so ausgeführt, daß auch bei geringsten Drücken
und/oder geringer Befüllmenge mit den spitz auslaufenden Dichtlippen 37 eine ausreichende
Dichtheit im Zylinderinnenraum 13 gewährleistet wird, ohne daß auf das sogenannte
Venturiprinzip zurückgegriffen werden muss. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß
die Leckage praktisch vernachlässigbar klein ist und der Kolben 14 wirksam betätigt
werden kann. In diesem drucklosen Zustand des Druckmittelzylinders 10 befinden sich
die paarweise angeordneten Auflageflächen 34 in einem geringen, definierten Abstand
von den gegenüberliegenden Stützflächen 27 im Zylinderrohr 11. Dieser Abstand in Verbindung
auch mit einem seitlichen Spiel des Dichtbandes 17 in der Ausnehmung 25 ermöglicht
einen reibungsarmen und verschleißarmen Betrieb, wobei die Halteeinrichtung 19 einerseits
für eine sichere Halterung des Dichtbandes 17 sowie für eine gute Abdichtung und andererseits
für ein leichtes Lösen der Halteeinrichtung 19 sorgt, wenn das Dichtband 17 aus dem
Schlitz 15 herausgeführt und im Kolben 14 unter dem Kraftübertragungselement 16 hindurchgeführt
werden muss.
[0013] Die Figur 3 zeigt nun den Druckmittelzylinder 10 nach Figur 2 in seinem druckbeaufschlagten
Zustand. Dabei wird das Dichtband 17 durch den Druck im Innenraum 13 in seiner dichtenden
Position gehalten. Dabei übernehmen die Dichtlippen 37 weiterhin die Abdichtfunktion.
Durch die Druckbeaufschlagung erfährt das Dichtband 17 eine Durchbiegung in radialer
Richtung, wodurch sich nun die Auflageflächen 34 des Dichtbandes 17 an den Stützflächen
27 im Zylinderrohr 11 abstützen. Zudem wird die Funktion der Halteeinrichtung 19 nun
aufgehoben, da sich die Halterippen 32 auf allen Seiten frei in die Haltenuten 23
erstrecken und somit also von den schrägen Begrenzungsflächen 24 abgehoben sind. Im
druckbeaufschlagten Zustand, in dem also die Haltefunktion aufgehoben ist, wird die
in Figur 2 eben dargestellte Unterseite 38 zum Schlitz 15 hin leicht durchgebogen.
Wenn der Druck im Innenraum 13 wieder abgebaut wird, kann sich das biegsame und elastische
Dichtband 17 aus der in Figur 3 dargestellten Lage wieder in die in Figur 2 dargestellte
Stellung zurückbewegen, wobei eine sichere Abdichtung und Dichtheit aufrechterhalten
wird.
[0014] Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungsform Änderungen möglich, ohne
vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So können die zwischen den Haltenuten 23 und
den Stützflächen 27 liegenden Stege im Zylinderrohr 11 gegenüber den Seitenwänden
21 des Längsschlitzes 15 auch zurückgesetzt werden, so daß der Abstand zwischen ihnen
größer ist, als der Abstand zwischen den Seitenwänden 21. Auch können die Auflageflächen
34 und die Stützflächen 27, die in Figur 2 in senkrecht zu der Symmetrieebene 22 verlaufenden
Ebenen liegen, auch etwas schräg zu dieser Symmetrieebene 22 angeordnet werden. Anstelle
des gezeichneten Drahtes können auch andere Versteifungen im Dichtband 17 angeordnet
werden.
1. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder mit einem endseitig verschlossenen, längsgeschlitzten
Zylinderrohr, in dem ein abgedichteter Kolben längsverschieblich geführt ist, der
ein durch den Längsschlitz nach außen ragendes Kraftübertragungselement trägt, mit
einem den Längsschlitz des Zylinderrohrs in Zylinderlängsrichtung abdichtenden, im
Zylinderrohrinneren angeordneten, biegsamen Dichtband, das im Kolbenbereich unter
dem Kraftübertragungselement hindurchgeführt sowie mit Hilfe einer Halteeinrichtung
beidseitig des Kolbens in Anlage an der Dichtfläche der Zylinderrohrinnenwand gehalten
ist, wobei das Dichtband mit einem Paar von außenliegenden Dichtlippen an der Dichtfläche
anliegt und bei dem der Längsschlitz durch ein Paar gegenüberliegender Seitenflächen
gebildet ist und bei dem an dem Zylinderrohr durch an die Dichtflächen sich anschließende
Stütznuten paarweise Stützflächen ausgebildet sind, die außerhalb dieser Seitenflächen
liegen und im wesentlichen senkrecht zu diesen verlaufen und an denen sich das Dichtband
mit seinen paarweise ausgebildeten Auflageflächen abstützen kann, wenn das Dichtband
zum Abschließen des Schlitzes in die von den Stütznuten gebildete Ausnehmung eingesetzt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (19) aus paarweise am Dichtband
(17) ausgebildeten, nasenartig auskragenden Halterippen (32) und aus im Bereich des
Längsschlitzes (15) im Zylinderrohr (11) liegenden, zugeordneten Haltenuten (23) besteht
und daß das Dichtband (17) so ausgebildet ist, daß die bei drucklosem Zylinderinnenraum
(13) zur Halterung des Dichtbandes (17) in die Haltenuten (23) eingreifenden Halterippen
(32) die Dichtlippen (37) an der Zylinderinnenwand (31) anliegend halten, wobei die
Auflageflächen (34) des Dichtbandes (17) im Abstand von den zugeordneten Stützflächen
(27) im Zylinderrohr (11) liegen.
2. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, daß bei druckbeaufschlagtem
Zylinderinnenraum (13) das Dichtband (17) mit seinen Auflageflächen (34) an den gehäusefesten
Stützflächen (27) anliegend gehalten wird, wobei die Halterippen (32) ohne Haltefunktion
in die Haltenuten (23) ragen.
3. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtband (17) im wesentlichen die Querschnittsform eines gleichschenkeligen
Trapezes aufweist, an dessen Schrägseiten nahe der kurzen Oberseite (39) paarweise
die auskragenden Halterippen (32) angeordnet sind, während an der langen, dem Zylinderinnenraum
(13) zugewandten Unterseite (38) die Schrägseiten in die beiden Dichtlippen (29) auslaufen.
4. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halterippen (32) am Dichtband (17) schräg nach außen ragen, so daß sie insbesondere
mit der Symmetrieebene (22) des Dichtbandes (17) jeweils einen zum Längsschlitz (15)
hin offenen, spitzen Winkel bilden.
5. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die paarweise im Zylinderrohr (11) ausgebildeten Stütznuten (26) durch senkrecht
und parallel zu den Seitenflächen (21) des Längsschlitzes (15) verlaufende Flächen
(27, 28) gebildet sind, wobei sich jeweils an die senkrechten Flächen (28) die Dichtfläche
(29) anschließt.
6. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stützflächen (27) und die Auflageflächen (34) parallel zueinander verlaufen.
7. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen jeder Haltenut (23) und jeder zugeordneten Stütznut (26) im Zylinderrohr
(11) ein abgesetzter Steg (42) verläuft.
8. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand zwischen den paarweise angeordnet Stegen (42) im Zylinderrohr (11) größer
ist als der Abstand zwischen den Seitenflächen (21) des Längsschlitzes (15).
9. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtband (17) symmetrisch zu seiner Mittelebene
(22) aufgebaut ist.
10. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das biegsame Dichtband (17) aus einem elastischen Kunststoffmaterial besteht.
11. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
das Dichtband (17) eine verstärkende, sich längs erstreckende Versteifung aufweist,
die insbesondere als biegsamer Draht (41) ausgeführt ist.
12. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Dichtband (17) in drucklosem Zustand zueinander parallele
Ober- (39) und Unterseiten (38) aufweist.
13. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Auflageflächen (34) aufweisenden Stützwulste
(33) am Dichtband (17) mit seitlichem Spiel zwischen den Führungsflächen (28) der
Stütznuten (26) geführt sind.
14. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtlippen (37) über Gelenkstellen (36) an dem Dichtband
(17) befestigt sind.
15. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Zylinderrohr (11) für einen Kolben (14) mit kreisrundem Querschnitt
ausgelegt ist.